Kubernetes监控手册11-针对部署到Pod里的应用做性能监控

秦晓辉@快猫星云 2022-12-07 06:06:10

写在前面

前面系列的文章我们花费了较大篇幅，介绍了 Kubernetes 的各个组件的监控方法。从整个体系来看，Kubernetes 体系的监控还应该包含 Pod 里的应用的监控。

App 监控概述

容器里的应用要做监控，大概有两个手段，一个是埋点，一个是日志分析。跨语言的埋点方案有两个非常知名，一个是 statsd，一个是 prometheus。日志分析也有两类，一个是在端上做日志流式处理分析，类似 mtail 的方案，另一个是把日志推到中心，在中心做分析。下面我们拆开来看这几个方案的原理。

埋点监控

statsd 和 prometheus 这两类埋点方案相对更通用，不过有些语言会有自己的常用的埋点工具，比如 Java 生态里的 micrometer。一个公司通常有多种语言，跨语言的工具首推 statsd 和 prometheus，下面我们分别做一下概述。

statsd

statsd 开始被大家熟知是由于这篇文章《Measure Anything, Measure Everything image 》Etsy 的工程师使用 NodeJS 开源了这个项目，项目地址在：https://github.com/statsd/statsd。

statsd 对于各种语言都有相应的 SDK，业务程序引入这些 SDK 度量自己的指标。典型的数据流如下：

statsd

应用程序通过 SDK 埋点之后，SDK 会把数据通过 UDP 协议推给监控 agent，很多 agent 都支持 statsd 协议的接收，比如 Telegraf、Datadog-agent。然后监控 agent 把数据做聚合，完事推给监控服务端。

这里使用 Telegraf 来做演示，在 Telegraf 配置文件中搜索 inputs.statsd，可以看到很多注释和样例，这里我提供一个例子：

[[inputs.statsd]]
protocol = "udp"
service_address = ":8125"
percentiles = [50.0, 90.0, 99.0, 99.9, 99.95, 100.0]
metric_separator = "_"

启用如上配置，percentiles略微有点多，可以配置的少一点，比如percentiles = [50.0, 90.0, 99.0, 100.0]，这样整体计算存储压力也会小一些。重启Telegraf，Telegraf就会在8125端口监听udp协议，接收业务埋点数据的上报。

这里我写了一个简单的 Go 程序，使用 statsd 的 SDK(github.com/smira/go-statsd) 做了一个简单埋点，样例如下：

package main
import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "net/http"
    "time"
    "github.com/smira/go-statsd"
)
var client *statsd.Client
func homeHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    start := time.Now()
    // random sleep
    num := rand.Int31n(100)
    time.Sleep(time.Duration(num) * time.Millisecond)
    fmt.Fprintf(w, "duration: %d", num)
    client.Incr("requests.counter,page=home", 1)
    client.PrecisionTiming("requests.latency,page=home", time.Since(start))
}
func main() {
    // init client
    client = statsd.NewClient("localhost:8125",
        statsd.TagStyle(statsd.TagFormatInfluxDB),
        statsd.MaxPacketSize(1400),
        statsd.MetricPrefix("http."),
        statsd.DefaultTags(statsd.StringTag("service", "n9e-webapi"), statsd.StringTag("region", "bj")),
    )
    defer client.Close()
    http.HandleFunc("/", homeHandler)
    http.ListenAndServe(":8000", nil)
}

这个web服务只有一个根路径，逻辑也很简单，就是随机sleep几十个毫秒当做业务处理时间。整体逻辑是这样的：首先，我们要通过statsd.NewClient初始化一个statsd的客户端，参数中指定了StatsD的Server地址（在本例中就是Telegraf的8125），指定了所有监控指标的前缀是http.，还指定了两个全局Tag，一个是service=n9e-webapi，另一个是region=bj，通过TagStyle指定了要发送的是InfluxDB样式（因为数据是发给Telegraf的，Telegraf是InfluxDB生态的）的标签。然后，在请求的具体处理逻辑里上报了两个监控指标，一个是requests.counter，另一个是requests.latency，并且，为这俩指标指定了一个指标级别的标签page=home，整体看起来还是比较简单的。

上面的Go程序编译一下，启动，会作为一个web server监听在8000端口，然后周期性请求这个web server的地址做测试，这个web server接收到请求之后，就调用statsd的sdk，statsd的sdk的核心逻辑就是把数据发给Telegraf的8125，然后就是Telegraf处理聚合逻辑，聚合之后的数据每10s（默认flush频率）发给夜莺。

在页面上，应该可以看到http_requests_latency和http_requests_counter打头的相关指标，比如http_requests_latency_mean这个指标，会看到这个指标有如下几个标签：

ident: VM-0-4-centos 这个标签其实是Telegraf原始的host标签，夜莺的规范里叫ident，所以做了一下rename
metric_type: timing 这个显然是把statsd的数据类型也做为标签了，其他数据类型还有gauge、counter、set等
page: home 这是我们代码里附到监控指标后面的标签，Telegraf自动帮解析出来了
service: n9e-webapi NewClient时候附加的全局默认标签
region: bj NewClient时候附加的全局默认标签

在 Kubernetes 中，要把支持 statsd 协议的 agent(这里就是 Telegraf)，和应用程序放到一个 Pod 中，即 sidecar 架构，这样走 UDP 协议最为稳妥。

prometheus

使用 prometheus 来埋点，也是常见做法，除了埋点 SDK 和 statsd 不同之外，指标暴露方式和数据流向也不同。使用 prometheus 埋点，应用程序会暴露/metrics接口，然后等待监控系统来拉取，监控系统来拉取又有两种方式，一个是使用 Categraf 这样的工具，和应用程序部署到一起做成 sidecar，另一个是应用程序所在的 Pod 打上特殊的 annotation，用 prometheus agent mode 来做动态服务发现，只抓取那些带有相关 annotation 的 Pod 的监控数据。

Nightingale 的官方文档中提供了一个使用 Prometheus 埋点的样例，链接在这里。

对于如何抓取的问题，sidecar 模式比较简单，不做赘述。重点看一下服务发现的方式，我来演示一下这个过程。

首先，假设某个应用埋点了，并且上线的时候写好了 annotation，那自然是好的，如果没有打上 annotation，也可以现搞，应用无需重启，样例如下：

kubectl annotate pod nightingale-nwebapi-5df5cd7cd6-rc5p4 -n n9e prometheus.io/scrape=true
kubectl annotate pod nightingale-nwebapi-5df5cd7cd6-rc5p4 -n n9e prometheus.io/metric_path=/metrics
kubectl annotate pod nightingale-nwebapi-5df5cd7cd6-rc5p4 -n n9e prometheus.io/scrape_port=18000

这样一来，Pod 就会带有如下注解：

prometheus.io/scrape=true
prometheus.io/metric_path=/metrics
prometheus.io/scrape_port=18000

后面我们就为 prometheus agent mode 增加一个抓取 job，抓取这些带有 prometheus.io/scrape 的 Pod 的监控指标，抓取规则如下：

- job_name: "kubernetes-pods"

  kubernetes_sd_configs:
    - role: pod

  relabel_configs:
    # "prometheus.io/scrape = true" annotation.
    - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_scrape]
      action: keep
      regex: true

    # "prometheus.io/metric_path = <metric path>" annotation.
    - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_metric_path]
      action: replace
      target_label: __metrics_path__
      regex: (.+)

    # "prometheus.io/scrape_port = <port>" annotation.
    - source_labels: [__address__, __meta_kubernetes_pod_annotation_prometheus_io_scrape_port]
      action: replace
      regex: ([^:]+)(?::\d+)?;(\d+)
      replacement: $1:$2
      target_label: __address__
    - action: labelmap
      regex: __meta_kubernetes_pod_label_(.+)
    - source_labels: [__meta_kubernetes_namespace]
      action: replace
      target_label: namespace
    - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_name]
      action: replace
      target_label: pod

sidecar 的模式和中心服务发现的方式，如何选型呢？大家可以参考这个视频的介绍：Scaling Prometheus Metrics in Kubernetes with Telegraf | DZone.com Webinar

日志监控

日志监控的两种方式，一个在端上，一个是中心，端上的方式采用 Categraf mtail 插件，具体可以参考 categraf mtail introduction。

中心的方式，又有两种，一个是流式处理，日志来了之后，根据预定义的处理规则进行聚合；另一种是周期性查询日志内容生成指标，都是很大的话题，留待后续介绍。

关于作者

本文作者秦晓辉，Flashcat合伙人，文章内容是Flashcat技术团队共同沉淀的结晶，作者做了编辑整理，我们会持续输出监控、稳定性保障相关的技术文章，文章可转载，转载请注明出处，尊重技术人员的成果。

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